DE10047368A1 - Verdränger-Hydraulikeinheit mit kleinem Seitenspiel - Google Patents

Abstract

Eine hydraulische Verdrängereinheit enthält ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Kammer mit einer von einem Paar beabstandeter Endwände begrenzten Umfangsoberfläche. Ein Rotationselement für eine rotierende Fluidverdrängung ist in der Kammer montiert. Eine Schicht aus einem abschleifbaren Auftragsmaterial ist zwischen einer Endwand der Kammer und der abgrenzenden Seitenwand des Rotationselements angeordnet, um so ein Seitenspiel von nahezu Null für das Rotationselement und dadurch einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad für die Hydraulikeinheit bereitzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Hydraulik, insbesondere hydraulische Verdrängerpumpen und - motoren mit innenverzahnten Rotoren, Zahnrädern, oder Schiebern.

Verdrängerpumpen und -motoren, welche innenverzahnte Rotoren, Zahnräder oder Schieber enthalten, weisen inhärente volumetrische Verluste aufgrund des in den Mechanismus eingebauten Seitenspiels auf. Das Seitenspiel existiert zwischen dem Rotationselement oder Fluidverdrängungsmechanismus (innenverzahnter Rotor, Zahnrad, Schieber) und den axial angrenzenden Elementen, üblicherweise einer Gehäuse- oder Endkappenwand. Die volumetrischen Verluste sind eine Funktion des Seitenspiels in der dritten Potenz. Somit werden die volumetrischen Verluste stark von dem Seitenspiel beeinflußt. Wenn das Seitenspiel minimiert werden kann, steigt der volumetrische Wirkungsgrad stark an. Fertigungstoleranzen und Biegung diktieren jedoch typischerweise ein Seitenspiel und begrenzen den Wirkungsgrad.

Daher besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Verdrängerpumpe bzw. eines Verdrängermotors mit verbessertem volumetrischen Wirkungsgrad.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Verdrängerpumpe bzw. eines Verdrängermotors mit einem Seitenspiel von nahezu Null.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Verdrängerpumpe bzw. eines Verdrängermotors mit einer Schicht aus einem abschleifbaren Opferauftragsmaterial, das auf die an das Rotationselement angrenzende Gehäusewand aufgebracht ist, wobei sich die Beschichtung einschleift, um so ein minimales Seitenspiel und dadurch einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad aufzubauen.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Verdrängerpumpe bzw. eines Verdrängermotors, die wirtschaftlich herzustellen, leicht zusammenzubauen und im Betrieb zuverlässig und standfest sind.

Diese und weitere Aufgabe werden aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlich.

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Hydraulik, insbesondere hydraulische Verdrängerpumpen und - motoren mit innenverzahnten Rotoren, Zahnrädern, oder Schiebern.

Die hydraulische Verdrängereinheit dieser Erfindung enthält ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Kammer mit einer von einem Paar beabstandeter Endwände begrenzten Umfangsoberfläche. Ein Rotationselement für eine rotierende Fluidverdrängung ist in der Kammer montiert. Eine Schicht aus einem nicht-metallischen abschleifbaren Auftragsmaterial ist zwischen einer Endwand der Kammer und der angrenzenden Seitenwand des Rotationselementes angeordnet, um so ein Seitenspiel von nahezu Null für das Rotationselement und dadurch einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad für die Hydraulikeinheit bereitzustellen.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer mit der vorliegenden Erfindung ausgestatteten hydraulischen Verdrängereinheit.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 mit 2-2 gekennzeichneten Bereichs.

In den Figuren und der nachstehenden Beschreibung ist die Hydraulikeinheit dieser Erfindung mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Hydraulikeinheit 10 weist eine positive Verdrängung auf, kann aber eine hydraulische Pumpe oder ein hydraulischer Motor sein. Wie in Fig. 1 zu sehen, besitzt die Hydraulikeinheit 10 ein Gehäuse 12, das einen Hauptgehäusekörper 14 und eine Endkappe 16 aufweist, die abnehmbar daran über mehrere Schrauben 18 befestigt ist. Eine Welle 20 ist drehbar in Bohrungen 22, 26 mittels Lagern 24, 28 eingebaut.

Das Gehäuse 12 enthält gemäß Darstellung einen Hohlraum oder eine Kammer 30. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Kammer 30 in der Endkappe 16 angeordnet, jedoch könnte ein Teil oder die gesamte Kammer 30 in dem Hauptgehäusekörper 14 angeordnet seine, ohne der vorliegenden Erfindung Abbruch zu tun. Die Kammer 30 könnte auch in dem Hauptgehäusekörper 14 angeordnet und lediglich durch die Endkappe 16 abgedichtet sein. Die Kammer 30 weist eine Außenumfangsoberfläche 31 auf, die von einem Paar beabstandeter Endwände 32, 34 begrenzt wird. Bevorzugt sind die Endwände 32, 34 im wesentlichen eben und zueinander parallel.

Ein Rotationselement 36 zur Verdrängung von Fluid 36 ist entlang der Rotationsachse 38 in der Kammer 30 angeordnet. Das Rotationselement 36 ist an der Welle 20 so befestigt, daß die Rotationsachse 38 mit der Mittenachse der Welle übereinstimmt. Das Rotationselement 36 weist gegenüberliegende Seitenwände 40, 42 auf, die auf die angrenzenden Endwände 32, 34 der Kammer 30 gerichtet sind. Bevorzugt sind die Wände 32, 34, 40, 42 im wesentlichen zueinander parallel und senkrecht zu der Achse 38.

Eine Schicht 44 aus einem nicht-metallischen Material ist zwischen einer von den Endwänden 32, 34 und einer von Endwänden 40, 42 angeordnet. In der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform, besteht die Schicht 44 aus einem abschleifbaren Opferauftragsmaterial, das mittels einer Harzklebung oder anderweitig permanent an der Endwand 32 in der Endkappe 16 befestigt ist. Das Auftragsmaterial könnte jedoch auch an der Endwand 34 oder sogar an den Seitenwänden 40, 42 des Rotationselementes 36 befestigt sein.

Das Material für die Opferauftragsschicht 44 ist eine Fluorpolymer-Trockenfilmschmiermittel. Das Material sollte Dauertemperaturen von etwa -73°C (-100°F) bis 202°C (400°F) widerstehen und intermittierenden Temperaturen bis zu 230°C (450°F) überstehen. Das Material weist einen Reibungskoeffizienten zwischen etwa 0,05 bis 0,10 eine Durchschlagfestigkeit von etwa 11,8 kV/mm (500 V/mil), und eine Stifthärte von etwa 4-6 H auf. Das Auftragsmaterial ist ölabstoßend und sollte den meisten Lösungsmitteln, Wässern, Automobilfluiden und Kraftstoffen bis zu 93°C (200°F) widerstehen. Das bevorzugte Material ist von Whitford Corporation of West Chester, Pennsylvania unter der Handelsbezeichnung XYLAN^TM 1421 erhältlich.

Die vorliegende Erfindung ist auf Hydraulikpumpen oder - motoren mit verschiedenen Arten von Rotationselementen 36, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, von innenverzahnten Rotoren, Zahnrädern und Schiebern anwendbar. Im Falle eines innenverzahnten Rotors als Rotationselement ist ein Rotorsatz mit Innenverzahnung vorgesehen. Der Rotorsatz mit Innenverzahnung enthält einen Innenrotor 46 mit Innenverzahnung und einen Außenrotor 48 mit Innenverzahnung gemäß Darstellung in Fig. 1 und 2.

In der Anwendung wird die Auftragsschicht 44 auf die Endwand 32 der Endkappe 16 gemäß Darstellung in den Figuren auf gebracht und harzverklebt. Bevorzugt weist die Schicht 44 eine gleichmäßige Anfangsdicke auf und deckt die gesamte Endwand 32 ab. Dann wird das Rotationselement 36 oder der Rotorensatz 20 mit Innenverzahnung in die Kammer 30 eingebaut und antriebsmäßig auf der Welle 20 befestigt. Der Hauptgehäusekörper 14 und die Endkappe 16 werden mittels der Schrauben 18 miteinander verbunden.

Wen die zusammengebaute Einheit 10 arbeitet, drehen sich die Welle 20 und das Rotationselement 36. Die Auftragsschicht 44 liegt gleitend an der Seitenwand 40 des Rotationselementes an und wird dadurch abgetragen. Somit "verschwindet" oder verschleißt zumindest ein Teil der Auftragsschicht 44 aufgrund einer Abtragung. Die Auftragsschicht 44 kann auch alle Fertigungstoleranzen zwischen den Teilen aufnehmen, und man kann ein Seitenspiel von Null oder nahezu Null erreichen. Die Opferschicht 44 schleift sich während des dynamischen Betriebs ein und baut das minimale Seitenspiel für einen einwandfreien Betrieb auf. Dieses maximiert den volumetrischen Wirkungsgrad der Hydraulikeinheit.

Somit ist ersichtlich, daß die Erfindung zumindest die ihr gestellten Aufgaben löst.

In den Zeichnungen und der Beschreibung wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, und obwohl spezifische Ausdrücke verwendet werden, werden diese nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Einschränkung verwendet. Veränderungen in der Form und Proportion von Teilen sowie deren Ersatz durch Äquivalente werden in Betracht gezogen, sofern Umstände dieses nahelegen oder zweckmäßig erscheinen lassen, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er ausführlicher in den nachstehenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (12)

1. Verdränger-Hydraulikeinheit mit: einem Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Kammer mit einer von einem Paar beabstandeter Endwände begrenzten Umfangsoberfläche; einem in der Kammer des Gehäuses montierten Rotationselement zum rotierenden Verdrängen von Fluid, wobei das Rotationselement gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die im allgemeinen an den Endwänden der Kammer angrenzen und auf diese gerichtet sind; einer Schicht aus einem nicht-metallischen abschleifbaren Auftragsmaterial, das zwischen einer von den Endwänden der Kammer und einer angrenzenden Seitenwand des Rotationselements so angeordnet ist, daß mindestens ein Teil dieser Schicht durch einen gleitenden Abtrag verschwindet, der durch die Rotation des Rotationselements bewirkt wird.

2. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei die Schicht des abschleifbaren Opferauftragsmaterials an einer von den Endwänden der Kammer befestigt ist.

3. Hydraulikeinheit nach Anspruch 2, wobei das abschleifbare Opferauftragsmaterial an einer von den Endwänden mittels Harz befestigt ist.

4. Hydraulikeinheit nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse einen Hauptgehäusekörper und eine an dem Hauptgehäusekörper abnehmbar befestigte Endkappe aufweist, und die Endkappe die Endwand enthält, auf welcher das Auftragsmaterial befestigt ist.

5. Hydraulikeinheit nach Anspruch 2, wobei die Schicht des abschleifbaren Opferauftragsmaterials im wesentlichen die gesamte Endwand abdeckt, an welcher es befestigt ist.

6. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei das abschleifbare Opferauftragsmaterial ein ölabstoßendes Material ist.

7. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei das abschleifbare Opferauftragsmaterial ein Fluorpolymer-Trockenfilm­ schmiermittel ist.

8. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei die Schicht des abschleifbaren Opferauftragsmaterials eine im wesentlichen gleichmäßige Anfangsdicke aufweist.

9. Verdränger-Hydraulikeinheit mit: einem Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Kammer mit einer von einem Paar beabstandeter Endwände begrenzten Umfangsoberfläche; einer in dem Gehäuse drehbar montierten Welle; einem Rotationselement zum Verdrängen von Fluid, das auf der Welle zur Rotation damit innerhalb der Kammer des Gehäuses befestigt ist, wobei das Rotationselement gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die auf die Endwände der Kammer gerichtet sind; einer Schicht aus einem nicht-metallischen abschleifbaren Opferauftragsmaterial mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen, wobei eine erste Oberfläche an einer von den Endwänden befestigt ist, und eine zweite Oberfläche gleitend und abschleifbar an einer von den Seitenwänden des Rotationselements anliegt.

10. Hydraulikeinheit nach Anspruch 9, wobei das Rotationselement ein Rotorsatz mit Innenverzahnung ist, der einen Innenrotor mit Innenverzahnung und einen Außenrotor mit Innenverzahnung aufweist.

11. Hydraulikeinheit nach Anspruch 9, wobei die erste Oberfläche mittels einer Harzklebung an einer von den Endwänden befestigt ist.

12. Hydraulikeinheit nach Anspruch 9, wobei das Auftragsmaterial ein Trockenfilmschmiermittel aus Fluorpolymer ist.